JPS60141617A - Manufacture of ferrierite type zeolite - Google Patents

Manufacture of ferrierite type zeolite

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JPS60141617A
JPS60141617A JP24479883A JP24479883A JPS60141617A JP S60141617 A JPS60141617 A JP S60141617A JP 24479883 A JP24479883 A JP 24479883A JP 24479883 A JP24479883 A JP 24479883A JP S60141617 A JPS60141617 A JP S60141617A
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zeolite
reaction
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慶治 板橋
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有家 潤二
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井川 一成
Hiroshi Miyazaki
弘 宮崎
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  • Silicates, Zeolites, And Molecular Sieves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To manufacture titled zeolite having high purity and high SiO2/Al2O3 (by molar ratio) with excellent reproducibility by crystallizing a uniform phase compound of granular amorphous aluminosilicate having a specified composition in a medium such as water. CONSTITUTION:A uniform phase compound of granular amorphous aluminosilicate which contains 3-14wt% (expressed in terms of anhydride) Al2O3 and 1-17wt% (expressed in terms of Na2O, K2O) alkali metal is mixed with water in such proportion that the molar ratio [K<+>/(K<+>+Na<+>)] of potassium ion to metal ion contained in all the reacting mixture is regulated to 0.1-0.9 and the mixture is caused to react in an autoclave while stirring at about 100-300 deg.C to produce ferrierite type zeolite. Further, in said reaction, an aq. soln. of alkali metal hydroxide (NaOH, KOH) wherein said condition is satisfied may be used instead of water.

Description

【発明の詳細な説明】 製造法に関するものであり、更に詳細には有機鉱化剤及
び無機鉱化剤を全く使用することなく高純度で旧つS1
02/A120,モル比の高いフェリエライト型ゼオラ
イトを再現性よく容易に製造する方法を提供するもので
ある。
[Detailed Description of the Invention] It relates to a manufacturing method, and more particularly, it relates to a manufacturing method, and more particularly, to a method for producing S1 with high purity and without using any organic mineralizer or inorganic mineralizer.
02/A120, a method for easily producing ferrierite-type zeolite with a high molar ratio with good reproducibility.

ゼオライトはギリシャ語の「沸騰する石」を語源とする
ことに示される如く、沸石水を含む結晶性アルミノ珪酸
塩であり、その組成は一般的に次の式で表わされる。
Zeolite is a crystalline aluminosilicate containing zeolite water, as shown by its origin from the Greek word "boiling stone", and its composition is generally expressed by the following formula.

1M2/n0−k]tO,−’j/F310.−211
.0(ここでnは陽イオンMの原子価、χは0.8〜2
の範囲の数、yは2以上の数、2は0以上の数である。
1M2/n0-k]tO,-'j/F310. -211
.. 0 (where n is the valence of the cation M, χ is 0.8 to 2
, where y is a number greater than or equal to 2, and 2 is a number greater than or equal to 0.

) その基本構造は珪素を中心として4つの酸素がその頂点
に配位し−た5104四面体と、この珪素の代わりにア
ルミニウムがその中心にあるAlO4四面体とがO/(
AI+St)の原子比が2となるようにお互いに酸素を
共有して規則正しく三次元的に結合したものである。
) Its basic structure consists of a 5104 tetrahedron with silicon at its center and four oxygen atoms coordinated at its vertices, and an AlO4 tetrahedron with aluminum at its center instead of silicon.
They are regularly bonded three-dimensionally by sharing oxygen with each other so that the atomic ratio of AI+St) is 2.

その結果、この四面体同志の結合方式の違いによって大
きさ、形の異なる細孔を有する三次元的網目構造が形成
される。
As a result, a three-dimensional network structure having pores of different sizes and shapes is formed due to the different bonding methods of the tetrahedrons.

また、AlO4四面体の負電荷はアルカリ金属またはア
ルカリ土類金属等の陽イオンと結合することによって電
気的に中和されている。
Further, the negative charge of the AlO4 tetrahedron is electrically neutralized by bonding with a cation such as an alkali metal or an alkaline earth metal.

一般にこのようにして形成される細孔は2〜5Aから1
0数Aの大きさを有するが、AlO4四面体と結合して
いる金属陽イオンを大きさまたは原子価の異なる他の金
属陽イオンと交換することによって細孔の大きさを変え
ることが出来る。
Generally, the pores formed in this way range from 2 to 5 A to 1
Although the size of the pores is several A, the size of the pores can be changed by replacing the metal cations bonded to the AlO4 tetrahedra with other metal cations of different size or valence.

ゼオライトはこの細孔を利用した気体、液体の工業的乾
燥剤または2種以上の分子の混合物中の分子同志を吸着
分離する分子篩として、また金属陽イオンを水素イオン
と交換したものは固体酸として作用する為、この性質を
利用した工業用触媒としても広く用いられている。
Zeolite can be used as a gas or liquid industrial desiccant that utilizes these pores, or as a molecular sieve that adsorbs and separates molecules in a mixture of two or more molecules, and when metal cations are exchanged with hydrogen ions, it can be used as a solid acid. Because of this, it is widely used as an industrial catalyst that takes advantage of this property.

7エリエライト型ゼオライトは天然にも存在し、その典
型的な組成は (N〜、 Mg) O・Al2O2−11,I Si 
O,善65−0で表わされる。その結晶構造は5員酸素
環の骨格構成単位から成り、4.3 X 5.5 Aの
大きさの10員酸素環から成る細孔と、A4X4.8A
の8員酸素環から成る細孔を持つことで特徴づけられる
7 Elierite type zeolite also exists in nature, and its typical composition is (N~, Mg)O.Al2O2-11,ISi
O, good is expressed as 65-0. Its crystal structure consists of a skeletal unit of a 5-membered oxygen ring, with a pore consisting of a 10-membered oxygen ring measuring 4.3 x 5.5 A, and an A4 x 4.8 A pore.
It is characterized by having pores consisting of eight-membered oxygen rings.

フェリエライト型ゼオライトを合成する方法ハ下記のよ
うにこれまで種々提案されている。しかしこれらの方法
は一長一短を有し、工業的に満足しうる方法は未だ開発
されていないのが実情である。例えば、 (1) 0.L、Kibby氏等が提案している方法に
おいては結晶化に約300℃以上の高温を必要とし、こ
の為高温高圧型の反応容器の使用を余儀無くされる。(
Jounal of OatalysigVol 、 
55.256〜272頁(1974)) (2) 特開昭51−106,700号公報に開示され
た方法は合成は比較的低い温度で実施しうるもの\特別
な処方により原料であるシリカ−アルミナを調製しなけ
ればならず、更に反応系にカリウムイオンの存在が必須
であるばがりでなくカリウムイオンは限定された有機又
は無機多塩基酸のカリウム塩の形で鉱化剤として添加す
ることをも心頭条件とするものである。このようにこの
方法は原料の選択及びその組み合わせが複雑となる。
Various methods for synthesizing ferrierite-type zeolites have been proposed so far, as described below. However, these methods have advantages and disadvantages, and the reality is that no industrially satisfactory method has yet been developed. For example, (1) 0. The method proposed by M. L. and Kibby et al. requires a high temperature of about 300° C. or higher for crystallization, which necessitates the use of a high-temperature, high-pressure reaction vessel. (
Journal of Oatalysig Vol.
55, pp. 256-272 (1974)) (2) The method disclosed in JP-A-51-106,700 can be synthesized at a relatively low temperature. Alumina must be prepared, and the presence of potassium ions in the reaction system is not only essential, but potassium ions can also be added as mineralizing agents in the form of potassium salts of limited organic or inorganic polybasic acids. This is also an important condition. As described above, this method requires complicated selection of raw materials and combination thereof.

(3) 特開昭50−127.898号公報及び特開昭
55−85,415号公報に開示された方法は、N−メ
チルピリジンヒドロキシドとピペリジン及び/又はアル
キル置換ピペリジンを有機鉱化剤として用いる事を必須
条件とするものである。
(3) The method disclosed in JP-A-50-127.898 and JP-A-55-85,415 uses N-methylpyridine hydroxide and piperidine and/or alkyl-substituted piperidine as an organic mineralizing agent. It is an essential condition that it be used as a.

これらの有機アミン類は高価であるばかりでなく、有機
アミン類が生成するゼオライト中に取り込まれる為に、
この方法により得たフェリエライト型ゼオライトを吸着
剤又は触媒として用いる際は、一旦合成して得たゼオラ
イトを酸素存在下で且つ500℃以上の高温度下にて焼
成を行い、これらのアミン類を除去した抜用いなければ
ならない。このように特定の用途に向ける為には必ずゼ
オライト自体の前処理を行うことが必要である。
These organic amines are not only expensive, but also because they are incorporated into the zeolite produced.
When using the ferrierite-type zeolite obtained by this method as an adsorbent or catalyst, the zeolite obtained by synthesis is calcined in the presence of oxygen at a high temperature of 500°C or higher to remove these amines. The removed sample must be used. In order to use the zeolite for specific purposes, it is necessary to pre-treat the zeolite itself.

(4)特開昭53−144,500号公報に開示されて
いる方法は、ブタンジアミンまたはこれから誘導された
有機窒素含有陽イオンを用いたいわゆるZSM−35と
称されるフェリエライト型ゼオライトを合成する方法で
あるが、これも前記(3)の方法と同様に合成して得た
ゼオライトを前処理して各種用途に供しなけれはならな
い。
(4) The method disclosed in JP-A-53-144,500 synthesizes a ferrierite-type zeolite called ZSM-35 using butanediamine or an organic nitrogen-containing cation derived therefrom. However, in this method as well, the synthesized zeolite must be pretreated in the same way as the method (3) above before being used for various purposes.

これまでに、7エリエライトを始めとするモルデナイ)
、ZSM−5などのゼオライト骨格構成単位が5員酸素
環から構成されるゼオライトは、比較的S i O2/
Al、0.モル比の高いものが生成する事が知られてい
るものの、その合成方法は前記した如く反応系に有機窒
素含有化合物またはその他の有機化合物を添加使用する
ことを必須条件とする方法を採用しているのが一般的で
あった。
So far, Mordenai including 7 Elielite)
, ZSM-5 and other zeolites whose zeolite skeleton constituent units are composed of five-membered oxygen rings are relatively SiO2/
Al, 0. Although it is known that a compound with a high molar ratio is produced, the synthesis method adopts a method that requires the addition of an organic nitrogen-containing compound or other organic compound to the reaction system, as described above. It was common for there to be.

また、これら公知の方法においては、反応混合物の活性
を高める為に通常シリカ源として特に高価な水性コロイ
ダルシリカを用いることを常としていた。
Furthermore, in these known methods, particularly expensive aqueous colloidal silica has usually been used as a silica source in order to increase the activity of the reaction mixture.

本発明者等は、M2/110 *l、osSi02 h
、o系(nは陽イオンMの原子価)から結晶性アルミノ
珪酸塩ゼオライトを製造する際の条件、特にシリカ源。
The inventors have developed M2/110 *l, osSi02 h
, conditions for producing crystalline aluminosilicate zeolite from the o system (n is the valence of the cation M), especially the silica source.

アルミナ源を初めとする原料の選定1反応混合物の調製
条件及びゼオライトの結晶化機構について長年に渡り鋭
意研究を進めてきた結果、前記した公知の方法とは根本
的に全く異なる方法を開発したものである。即ち、本発
明はこれまで反応系へ添加使用してきた有機及び無機鉱
化剤を全く使用せず、且つシリカ源として高価な水性コ
四イダルシリ力をも用いること無くして、特定の組成を
有する粒状無定形アルミノ珪酸塩均一相化合物(以下、
単に均一化合物と略称する)を水または水酸化アルカリ
金属水溶液中で結晶化させることにより、高純度で且つ
5to7*4o、モル比の高い7エリエライト型ゼオラ
イトを再現性良く容易に得る方法を完成したものである
Selection of raw materials including alumina source 1 As a result of intensive research over many years on the preparation conditions of the reaction mixture and the crystallization mechanism of zeolite, we have developed a method that is fundamentally different from the known methods described above. It is. That is, the present invention enables the production of granular particles having a specific composition without using any organic or inorganic mineralizing agents that have been added to the reaction system and without using expensive aqueous co-tetrasilica as a silica source. Amorphous aluminosilicate homogeneous phase compound (hereinafter referred to as
By crystallizing a homogeneous compound (simply referred to as a homogeneous compound) in water or an aqueous alkali metal hydroxide solution, we have completed a method for easily obtaining highly pure 7-elierite zeolite with a high molar ratio of 5to7*4o with good reproducibility. It is something.

本発明は、高価な有機鉱化剤を使用することなく安価な
原料を用いて高純度で且つS i Q2/A 1tOs
モル比の高い7エリエライト型ゼオライトを容易に製造
出来る方法を提供するものであって、従来法が実験室的
には可能としても工業的には経済面。
The present invention uses inexpensive raw materials without using expensive organic mineralizers to achieve high purity and S i Q2/A 1tOs
The purpose is to provide a method for easily producing 7-elierite-type zeolite with a high molar ratio, and although the conventional method is possible in the laboratory, it is economical from an industrial perspective.

品質面、操作面等で数点が多いことを考え合わせると本
発明の工業的意義は極めて大きい。
Considering that there are many points in terms of quality, operation, etc., the industrial significance of the present invention is extremely large.

本発明を更に詳細に説明する。The present invention will be explained in more detail.

本発明は無水換算でアルミニウムをAl、03として3
〜14wt%、アルカリ金属を40として1〜17wt
%含有する均一化合物を水または水酸化アルカリ金属水
溶液中で結晶化することにより、有機鉱化剤を使用する
ことなく高純度で且つS iOy’A’l、01%ル比
の高いフェリエライト型ゼオライトを製造する方法を提
供するものである。
The present invention uses aluminum as Al, 03 on an anhydrous basis.
~14wt%, 1-17wt with alkali metal as 40
By crystallizing a homogeneous compound containing 1% in water or an aqueous alkali metal hydroxide solution, a ferrierite type with high purity and high SiOy'A'l, 01% ratio can be obtained without using an organic mineralizer. A method for producing zeolite is provided.

本発明で特定する均一化合物を得る方法は本発明で特定
する組成を有する均一化合物を得ることが出来る全ての
方法が適用しうる。その−例をあげれば、アルカリ金属
珪酸塩水溶液と含アルミニウム水溶液とを同時に且つ連
続的に反応させることによって得ることが出来る。以下
、この代表例をもって本発明を説明する。上記の代表例
に於て同時に且つ連続的反応とは、アルカリ金属珪酸塩
水溶液と含アルミニウム水溶液とが同時に且つ実質的に
常に一定比率を維持しながら反応帯に供給される態様を
意味する。
Any method capable of obtaining a homogeneous compound having the composition specified in the present invention can be applied to obtain the homogeneous compound specified in the present invention. For example, it can be obtained by simultaneously and continuously reacting an aqueous alkali metal silicate solution and an aqueous aluminum-containing solution. The present invention will be explained below using this representative example. In the above representative example, the simultaneous and continuous reaction means a mode in which the alkali metal silicate aqueous solution and the aluminum-containing aqueous solution are supplied to the reaction zone simultaneously and while maintaining a substantially constant ratio.

そして、アルカリ金属珪酸塩水溶液としては、珪酸ナト
リウム、珪酸カリウムまたはその混合水溶液である。ま
た含アルミニウム水溶液としては硫酸アルミニウム、硝
酸アルミニウム、塩化アルミニウム、アルミン酸ナトリ
ウム、アルミン酸カリウム等の水溶液である。また、こ
れらに必要に応じて苛性アルカリ或は鉱酸を添加してア
ルカリあるいは酸の量を調整して用いてもよい。前記雨
水溶液は市販のアルカリ金属珪酸塩水溶液及びアルミニ
ウム鉱酸塩水溶液またはアルミン酸アルカリ水溶液を用
いてもよいし、珪砂、含水固体珪酸等のシリカ源を苛性
アルカリで、また水酸化アルミニウム、活性アルミナ等
のアルミニウム源ヲ鉱酸でまたは苛性アルカリで溶解し
て、それぞれの水溶液を調製して用いることも出来る。
The alkali metal silicate aqueous solution is sodium silicate, potassium silicate, or a mixed aqueous solution thereof. Examples of aluminum-containing aqueous solutions include aqueous solutions of aluminum sulfate, aluminum nitrate, aluminum chloride, sodium aluminate, potassium aluminate, and the like. Further, a caustic alkali or a mineral acid may be added to these as necessary to adjust the amount of the alkali or acid. The rainwater solution may be a commercially available aqueous alkali metal silicate solution, aluminum mineral salt aqueous solution, or alkaline aluminate aqueous solution, or a silica source such as silica sand or hydrated solid silicic acid may be used as a caustic alkali, or aluminum hydroxide or activated alumina may be used as the rainwater solution. It is also possible to prepare an aqueous solution of each aluminum source by dissolving it in a mineral acid or a caustic alkali.

雨水溶液の濃度は特に制限されるものではなく任意の濃
度で使用出来る。
The concentration of the rainwater solution is not particularly limited and can be used at any concentration.

この方法での均一化合物を調製する為の最も好ましい実
施態様は、攪拌機を備えたオーバーフロー型の反応槽に
攪拌下で雨水溶液を同時に且つ連続的に供給して反応さ
せる方法である。この方法によると生成する均一化合物
はほぼ球状若しくは微粒子凝集塊の形態を呈し、粒子径
の大部分が1〜500μの範囲に分布し、1μ以下の微
粒子は極微量となるので有効である。本発明の実施に於
ては10〜100μの均一化合物を用いることが好まし
い。そして、雨水溶液の供給割合は目的とする7エリエ
ライト型ゼオライトのS’ 02/h 1.0.モル比
によって設定され、任意に決めることが出来る。その際
反応液は反応によって生成した粒状均一化合物を懸吊し
てスラリー状となるが、該スラリーのpHは雨水溶液に
加えるアルカリ或は酸の置によって調節され、通常pH
を5〜9の範囲更に好ましくは6〜8の範囲に調節する
。又該スラリーが反応槽内に滞在する時間は好ましくは
6分以上である。ここで言う滞在時間とは、雨水溶液が
反応槽に同時に且つ連続的に供給された後、反応により
生成した均一化合物を含む反応スラリーが反応槽から排
出されるまでの時間を意味する。滞在時間が3分より短
い場合は微粒子の生成割合が増加する。また、1μ以下
の微粒子の割合が増加するに従い、後述するように生成
した化合物の濾過・分離工程での負荷が掛り好ましくな
い傾向となる。
The most preferred embodiment for preparing a homogeneous compound by this method is a method in which a rainwater solution is simultaneously and continuously fed into an overflow type reaction tank equipped with a stirrer under stirring, and the reaction is carried out. This method is effective because the produced homogeneous compound is approximately spherical or in the form of fine particle agglomerates, and most of the particle diameters are distributed in the range of 1 to 500 μm, with only a trace amount of fine particles of 1 μm or less. In the practice of this invention, it is preferred to use homogeneous compounds of 10 to 100 microns. The supply ratio of the rainwater solution is S' 02/h 1.0. It is set based on the molar ratio and can be arbitrarily determined. At this time, the reaction solution suspends the granular homogeneous compound produced by the reaction and becomes a slurry, but the pH of the slurry is adjusted by adding an alkali or acid to the rainwater solution, and usually the pH is
is adjusted to a range of 5 to 9, more preferably a range of 6 to 8. Further, the time the slurry stays in the reaction tank is preferably 6 minutes or more. The residence time here means the time from when the rainwater solution is simultaneously and continuously supplied to the reaction tank until the reaction slurry containing the homogeneous compound produced by the reaction is discharged from the reaction tank. When the residence time is shorter than 3 minutes, the generation rate of fine particles increases. Furthermore, as the proportion of fine particles of 1 μm or less increases, the load on the filtration/separation process of the produced compounds increases, as will be described later, which tends to be undesirable.

一方、滞在時間が5分以上になると生成物の大部分が球
状となり微粒子の存在は極僅かとなる。更に滞在時間が
長くなるにつれて粒子径が大きくなると同時に粒子の結
びつきが強固となり、球状粒子の硬度が増してくる。従
って滞在時間をコン)。
On the other hand, when the residence time is 5 minutes or more, most of the product becomes spherical and the presence of fine particles becomes extremely small. Further, as the residence time becomes longer, the particle size increases and at the same time the bond between the particles becomes stronger, and the hardness of the spherical particles increases. Therefore, the length of stay is con).

−ルする事によって生成する球状粒子の大きさ。-The size of spherical particles produced by rolling.

硬度を変える事が出来る為、均一化合物自身の反応性を
目的に応じて調節することが可能となる。
Since the hardness can be changed, the reactivity of the homogeneous compound itself can be adjusted depending on the purpose.

本発明の実施態様の別の例として、反応スラリーを排出
することなく雨水溶液を攪拌条件下の反応槽に一定比率
で同時に且つ連続的に供給する新曲回分連続方式の調製
法も勿論適用することが出来るが、この場合は雨水溶液
を急速に添加することなく少なくとも5分以上、好まし
くは30分以上を費やして供給する必要がある。
As another example of the embodiment of the present invention, it is of course possible to apply a continuous batch preparation method in which the rainwater solution is simultaneously and continuously supplied at a constant ratio to the reaction tank under stirring conditions without discharging the reaction slurry. However, in this case, it is necessary to supply the rainwater solution over at least 5 minutes, preferably over 30 minutes, without adding it rapidly.

均一化合物製造時の反応温度は特に限定されるものでは
なく、低温、高温何れの場合に於ても球状となると共に
生成した化合物の反応性にも大きな差は認められない。
The reaction temperature during the production of a homogeneous compound is not particularly limited, and whether at low or high temperatures, the resulting compound becomes spherical and there is no significant difference in the reactivity of the resulting compound.

更に特徴的なことは、濃度調整された雨水溶液を一定比
率で同時に且つ連続的に反応させることにより初めて、
生成する球状の均一化合物の組成がその球状粒子の大き
さに拘らず微視的に全て均一となる為に、組成の不均一
性に起因する不純物の共生等をも完全に防止出来る点で
ある。
What is more distinctive is that by reacting rainwater solutions with adjusted concentrations simultaneously and continuously at a fixed ratio,
Since the composition of the spherical homogeneous compound produced is microscopically uniform regardless of the size of the spherical particles, it is possible to completely prevent the coexistence of impurities caused by the non-uniformity of the composition. .

これに対して、どちらか一方の水溶液にもう一方の水溶
液を添加する方法、いわゆる通常の回分方式で行うと反
応スラリーの粘度が異常に増大し、いかに強力な攪拌を
もってしても生成するスラリーの均一化を図ることは不
可能である。仮に十分混合し、−見均一化し得たかの様
な状態となったとしても微視的な組成の不均一性を避け
ることは出来ない。 。
On the other hand, if one aqueous solution is added to the other aqueous solution, which is the so-called normal batch method, the viscosity of the reaction slurry will increase abnormally, and no matter how strong the stirring is, the resulting slurry will be It is impossible to achieve uniformity. Even if the mixture is sufficiently mixed and appears to be uniform, microscopic non-uniformity in composition cannot be avoided. .

前記したように、本発明における均一化合物は1〜50
0μの球状粒子である為に反応スラリーの粘度が非常に
小さく、前記した回分方式で行うような強力な攪拌は必
要としないので反応スラリーの濃度を大幅に上げること
が出来る。
As mentioned above, the homogeneous compound in the present invention has a molecular weight of 1 to 50
Since the spherical particles have a diameter of 0μ, the viscosity of the reaction slurry is very low, and the strong stirring required in the batch method described above is not required, so the concentration of the reaction slurry can be greatly increased.

本発明の一つの代表例の方法により得られる均一化合物
は適宜な大きさの球状物で得られる為、固液分離並びに
洗浄が極めて容易でありこの点も本発明の特徴の一つで
ある。従って固液分離は通常の遠心分離機或は真空濾過
機が採用可能で、且つ脱水性が非常に良く水分量の少な
い湿ケーキの形態で得られるので、これをフェリエライ
ト型ゼオライトへ結晶化させる為の反応混合物を調製す
る際に、広範囲な水バランスの設定が可能となる。
Since the homogeneous compound obtained by the method of one representative example of the present invention is obtained in the form of spherical objects of appropriate size, solid-liquid separation and washing are extremely easy, which is also one of the features of the present invention. Therefore, solid-liquid separation can be carried out using an ordinary centrifugal separator or vacuum filtration machine, and since it is obtained in the form of a wet cake with very good dehydration properties and low water content, this can be crystallized into ferrierite-type zeolite. A wide range of water balance settings is possible when preparing reaction mixtures for

洗浄が完了した均一化合物は湿ケーキの状態で使用する
のが有利であるが、これを乾燥して使用することも勿論
可能である。
It is advantageous to use the homogeneous compound after washing in the form of a wet cake, but it is of course possible to use it in dry form.

本発明におけるフェリエライト型ゼオライトの製造方法
はナトリウムイオン及びカリウムイオンの混合イオン系
で結晶化させる方法であり、更にこれらのイオンを含む
鉱化剤は一切使用しない事が特徴である。存在する陽イ
オンがナトリウムイオンのみの系から合成する場合はそ
の生成領域が狭く、また生成するフェリエライト型ゼオ
ライトのs j、07A 1. O,モル比の変化は小
さい。更に比較的高い温度で長い結晶化時間を要する。
The method for producing ferrierite-type zeolite in the present invention is a method of crystallization using a mixed ion system of sodium ions and potassium ions, and is further characterized in that it does not use any mineralizing agent containing these ions. When synthesized from a system where only sodium ions exist as cations, the production area is narrow, and the ferrierite type zeolite produced is s j, 07A 1. O, the change in molar ratio is small. Furthermore, relatively high temperatures and long crystallization times are required.

これに対して、ナトリウムイオンとカリウムイオンの混
合イオン系で結晶化する本発明の方法においてはその生
成領域か非常に拡大され、高純度で12〜24の範囲の
s t O,/A ]、、 088モルのフェリエライ
ト型ゼオライトが安定的に得られる。更にナトリウムイ
オン系の場合に比べて結晶化温度が低くまた短い時間で
結晶化が完了する。
On the other hand, in the method of the present invention in which crystallization is performed using a mixed ion system of sodium ions and potassium ions, the production range is greatly expanded, and the s t O,/A is in the range of 12 to 24 with high purity. , 088 mol of ferrierite type zeolite can be stably obtained. Furthermore, the crystallization temperature is lower and crystallization is completed in a shorter time than in the case of sodium ion systems.

本発明の方法によって得られる均一化合物は陽イオン交
換能を持っている。この性質を利用してイオン交換した
均一化合物をフェリエライト型ゼオライトの合成原料と
して用いる事も本発明の大きな特徴である。
The homogeneous compound obtained by the method of the invention has cation exchange capacity. Another major feature of the present invention is to utilize this property to use a homogeneous ion-exchanged compound as a raw material for the synthesis of ferrierite-type zeolite.

均一化合物を造る際に、系内に存在する金属陽イオンが
ナトリウムイオンのみの場合には生成した均一化合物中
に取り込まれる陽イオンは全てナトリウムイオンであり
、また系内に存在する金属陽イオンがカリウムイオンの
みの場合には生成したM−化合物中の陽イオンは全てカ
リウムイオンである。本発明の実施に際してはこれらい
ずれの均一化合物でも使用できる。また、このようにし
て取り込まれた陽イオンは容易にイオン交換する事カテ
キルノテ、均一化合物中のナトリウムイオンをカリウム
イオンに、またはカリウムイオンをナトリウムイオンに
、さらにはナトリウムイオンとカリウムイオンの混合イ
オンにすることができる。
When producing a homogeneous compound, if the only metal cations present in the system are sodium ions, all the cations incorporated into the produced homogeneous compound will be sodium ions, and if the metal cations present in the system are In the case of only potassium ions, all the cations in the generated M-compound are potassium ions. Any of these homogeneous compounds can be used in the practice of this invention. In addition, the cations incorporated in this way can be easily ion-exchanged, such as sodium ions in a homogeneous compound to potassium ions, potassium ions to sodium ions, and even mixed ions of sodium and potassium ions. can do.

イオン交換はナトリウムおよび/またはカリウムイオン
を含有する水溶液中に均一化合物を浸漬するなどの方法
によって容易に行うことができ、一般的に無機酸または
有機酸のナトリウム塩および/またはカリウム塩が用い
られる。イオン交換は可逆的に行われ、その平衡交換率
はイオン交換水溶液中に存在するナトリウムおよび/ま
たはカリウムイオンの量と用いる均一化合物の量で決ま
る。またイオン交換速度が非常に速いことも特徴である
Ion exchange can be easily carried out by methods such as immersing a homogeneous compound in an aqueous solution containing sodium and/or potassium ions, and sodium and/or potassium salts of inorganic or organic acids are generally used. . Ion exchange takes place reversibly, and the equilibrium exchange rate is determined by the amount of sodium and/or potassium ions present in the aqueous ion exchange solution and the amount of homogeneous compound used. Another feature is that the ion exchange rate is extremely high.

本発明の実施にあたって、全反応混合物中の全陽イオン
に対するカリウムイオンのモル比はある範囲に限定され
るのでイオン交換した均一化合物を用いる方が有利な場
合もあり、均一化合物のイオン交換能を有効に利用する
ことができる。
In carrying out the present invention, it may be advantageous to use an ion-exchanged homogeneous compound since the molar ratio of potassium ions to all cations in the total reaction mixture is limited to a certain range; It can be used effectively.

一般に不純物を伴わない純粋なゼオライトを製造するに
は原料の各成分の混合割合が非常に重要である。
In general, in order to produce pure zeolite free of impurities, the mixing ratio of each component of the raw materials is very important.

本発明における均一化合物の組成はそれを調製する時に
用いるアルカリ金属珪酸塩水溶液と含アルミニウム水溶
液の種類1反応させる時の条件及び濾過、洗浄、乾燥等
の条件によって決まる。また必要に応じてイオン交換を
行った場合にはそのイオン交換の条件によって均一化合
物の組成が決まる。
The composition of the homogeneous compound in the present invention is determined by the reaction conditions of the alkali metal silicate aqueous solution and the aluminum-containing aqueous solution used in its preparation, and the conditions of filtration, washing, drying, etc. Furthermore, when ion exchange is performed as necessary, the composition of the homogeneous compound is determined by the conditions of the ion exchange.

本発明の方法により高純度のフェリエライト型ゼオライ
トを製造する為に用いられる均一化合物の組成は、無水
換算でアルミニウムをAI、O,として5〜14wt%
、アルカリ金属を40として1〜17wt%含有するも
のであり、好ましくはアルミニウムをAl、O,として
4〜12wt%、アルカリ金属をA、Oとして1.5〜
15wt%含有するものである。
The composition of the homogeneous compound used to produce high-purity ferrierite-type zeolite by the method of the present invention is 5 to 14 wt% of aluminum as AI and O on an anhydrous basis.
, containing 1 to 17 wt% of alkali metal as 40, preferably 4 to 12 wt% of aluminum as Al, O, and 1.5 to 1.5 to 1.5 wt% of alkali metal as A and O.
It contains 15 wt%.

ここでアルカリ金属とはナトリウムおよび/またはカリ
ウムである。
Here, the alkali metal is sodium and/or potassium.

無水換算でのAI、O,含有量が3 wt、%以下の均
一化合物を用いた場合は不純物となる他のゼオライトが
多量に共生し、14wt%以上になるとフェリエライト
型ゼオライトは全く生成しない。又アルカリ金属含有量
が上記範囲を外れた均一化合物から得られるものは不純
物が非常に多く好ましくない。
If a homogeneous compound with an AI, O, content of 3 wt.% or less on anhydrous basis is used, a large amount of other zeolite as an impurity will coexist, and if the content is 14 wt.% or more, no ferrierite-type zeolite will be produced. Also, those obtained from homogeneous compounds with alkali metal contents outside the above range are undesirable because they contain a large amount of impurities.

この様にして得られた均一化合物を次いで水または水酸
化アルカリ金属水溶液中で加熱してフェリエライト型ゼ
オライトへの結晶化を行う。
The homogeneous compound thus obtained is then heated in water or an aqueous alkali metal hydroxide solution to crystallize it into a ferrierite-type zeolite.

組成が既知の均一化合物の一定量を、その組成に応じて
水または水酸化アルカリ金属水溶液中に加えて結晶化の
為の反応混合物を調整するに当だ?)、均一化合物が高
純度のフェリエライト型ゼオライトへ結晶化するように
水酸化アルカリ金属水溶液の濃度と量及び反応混合物中
に含鳴される全 −陽イオンに対するカリウムイオンの
モル比を調製する必要がある。
Is it possible to prepare a reaction mixture for crystallization by adding a certain amount of a homogeneous compound of known composition to water or an aqueous alkali metal hydroxide solution, depending on the composition? ), it is necessary to adjust the concentration and amount of the aqueous alkali metal hydroxide solution and the molar ratio of potassium ions to the total -cations contained in the reaction mixture so that the homogeneous compound crystallizes into a high-purity ferrierite-type zeolite. There is.

本発明に於て均一化合物の結晶化に用いられる水酸化ア
ルカリ金属水溶液は水酸化す) IJウム。
In the present invention, the aqueous alkali metal hydroxide solution used to crystallize the homogeneous compound is hydroxide.

水酸化カリウム、またはこれらの混合水溶液である。こ
れら水酸化アルカリ金属水溶液の濃度は均一化合物中の
アルミニウム含有量に応じて次表の範囲に調整する。
Potassium hydroxide or a mixed aqueous solution of these. The concentration of these aqueous alkali metal hydroxide solutions is adjusted within the range shown in the following table depending on the aluminum content in the homogeneous compound.

本発明の方法において、高純度でかつ結晶度の高いフェ
リエライト型ゼオライトを得る為の最も好ましい条件は
、上記範囲を満足すると同時に均一化合物中の珪素成分
Sin、に対してAOH表示のモル比を0,1〜055
の範囲に、好ましくは[L150.5の範囲に調整し、
かつ、反応混合物中に含有サレる全陽イオンに対するカ
リウムイオンのモル比をo、i〜0.9の範囲に、好ま
しくは0.2〜07の範囲に調整することである。
In the method of the present invention, the most preferable conditions for obtaining a ferrierite-type zeolite with high purity and high crystallinity are to satisfy the above range and at the same time maintain a molar ratio expressed in AOH to the silicon component Sin in the homogeneous compound. 0,1~055
, preferably within the range of [L150.5,
In addition, the molar ratio of potassium ions to all cations contained in the reaction mixture is adjusted to a range of 0.9 to 0.9, preferably 0.2 to 0.7.

また、水または水酸化アルカリ金属水溶液の量は結晶化
の為の出発スラリーの全重量に対する固形分の重量の比
が0.04〜0.4の範囲となるように設定する。
Further, the amount of water or aqueous alkali metal hydroxide solution is set so that the ratio of the weight of the solid content to the total weight of the starting slurry for crystallization is in the range of 0.04 to 0.4.

前記した如く、本発明の代表例により得た均一化合物の
粒子径は比較的大きく、且つ硬度も大きい為攪拌下に於
ても微細化する事がない。従ってスラリー粘度を大幅に
増加させる事なく不純物が生成しない範囲で出発スラリ
ー中の水の量を減らす事が出来る為、回分式反応におけ
る収量を大幅に増加させる事が可能となった。これも本
発明の大きな特徴の一つである。
As described above, the particle size of the homogeneous compound obtained according to the representative example of the present invention is relatively large and the hardness is also large, so that it does not become fine even under stirring. Therefore, it is possible to reduce the amount of water in the starting slurry without significantly increasing the viscosity of the slurry and within a range where no impurities are generated, making it possible to significantly increase the yield in batch reactions. This is also one of the major features of the present invention.

本発明に於ての結晶化は均一化合物を含む結晶化の為の
出発スラリーをオートクレーブに入れ100〜300℃
の温度、好ましくは150℃以上の温度で行う。結晶化
の間はオートクレーブ内の温度の均一化を図る為、攪拌
する事が望ましい。
Crystallization in the present invention is performed by placing a starting slurry for crystallization containing a homogeneous compound in an autoclave at 100 to 300°C.
The temperature is preferably 150°C or higher. During crystallization, it is desirable to stir the autoclave in order to equalize the temperature inside the autoclave.

結晶化が完了した後、生成した結晶を母液と分離し水洗
、乾燥を行って結晶粉末を得る。ここで得られる結晶の
粒子はほぼ球状の均一化合物の粒子形状をほぼそのまま
保持した約1〜500μの粒状7工リエライト型ゼオラ
イト結晶集合体である。
After crystallization is completed, the generated crystals are separated from the mother liquor, washed with water, and dried to obtain crystal powder. The crystal particles obtained here are granular heptad-type zeolite crystal aggregates with a size of about 1 to 500 μm that maintain the substantially spherical uniform particle shape of the compound.

本発明によって得られたフェリエライト型ゼオライトは
必要に応じて適当な陽イオンとイオン交換した後、結晶
集合体そのままの形または微粉砕した後あるいはバイン
ダーを添加した成形体として、吸着剤または触媒として
利用出来る。
The ferrierite-type zeolite obtained according to the present invention may be used as an adsorbent or a catalyst after ion exchange with appropriate cations as necessary, in the form of a crystal aggregate, after pulverization, or as a molded body with a binder added. Available.

以下、実施例においてさらに詳細に説明する。This will be explained in more detail in Examples below.

〈均一化合物の調製〉 通常のパドル型攪拌機を備えたオーバーフロータイプの
反応槽(実容量5.51りに第1表に示した組成の珪酸
ソーダ水溶液と硫酸を添加した硫酸アルミニウム水溶液
とをそれぞれ第1表に示した一定比率の供給速度で同時
に且つ連続的に供給し、攪拌下で反応させた。反応スラ
リーの見掛は滞在時間は第1表に示す如くである。
<Preparation of homogeneous compound> In an overflow type reaction tank (actual capacity 5.51) equipped with a regular paddle-type stirrer, a sodium silicate aqueous solution with the composition shown in Table 1 and an aluminum sulfate aqueous solution to which sulfuric acid had been added were added. The reactants were fed simultaneously and continuously at a constant feed rate shown in Table 1, and the reaction was carried out under stirring.The apparent residence time of the reaction slurry was as shown in Table 1.

該スラリーのpHは&3〜6.61反応温度は50〜5
2℃であった。
The pH of the slurry is &3~6.61 and the reaction temperature is 50~5.
The temperature was 2°C.

反応槽からオーバーフ四−シたスラリー状生成物を遠心
分離機で固液分離し、充分水洗後筒1表に示す組成の均
一化合物の湿ケーキ、A−Hを得た。これらの均一化合
物中にso4:イオンは詔められず、X線粉末回折の結
果はすべて無定形であった。
The overflowing slurry product from the reaction tank was subjected to solid-liquid separation using a centrifugal separator, and after thorough washing with water, a wet cake of a homogeneous compound, A-H, having the composition shown in Table 1 was obtained. No SO4: ion was detected in these homogeneous compounds, and all X-ray powder diffraction results showed that they were amorphous.

次に、前記の如く調製した均一化合物の湿ケーキO,G
及びHと塩化カリウム水溶液とを21のセパラブルフラ
スコに入れて室温で18R間攪拌し、カリウムイオン交
換を行った。使用した均一化合物の量、塩化カリウムの
濃度及び量を第2表に示す。終了後、生成スラリーを固
液分離し、十分水洗して第2表に示す組成の均一化合物
の湿ケーキエ〜Kを得た。これらの均一化合物中に01
イオンは認められず、X線粉末回折の結果はすべて無定
形であった。
Next, wet cake O, G of the homogeneous compound prepared as described above is prepared.
and H and an aqueous potassium chloride solution were placed in a 21 separable flask and stirred for 18R at room temperature to perform potassium ion exchange. The amount of homogeneous compound used, the concentration and amount of potassium chloride are shown in Table 2. After completion of the reaction, the resulting slurry was separated into solid and liquid and thoroughly washed with water to obtain homogeneous compound wet cakes E-K having the compositions shown in Table 2. 01 in these homogeneous compounds
No ions were observed, and all X-ray powder diffraction results showed that it was amorphous.

実施例1〜7及び比較例1〜3 前記の如く調製した均一化合物の湿ケーキと水酸化アル
カリ金属水溶液とを21あるいは10I!のオートクレ
ーブに仕込み攪拌しながら加熱した。
Examples 1 to 7 and Comparative Examples 1 to 3 The wet cake of the homogeneous compound prepared as described above was mixed with an aqueous alkali metal hydroxide solution at 21 or 10 I! The mixture was placed in an autoclave and heated while stirring.

終了後、生成したスラリーをとり出し、固液分離後充分
水洗して110℃で乾燥した。結晶化の条件及びその結
果を第3表に示す。生成−物は粉宋X線回折図により判
定した。(粉末x!1回折図は銅のにα二重線を用いて
測定した。) 第1図、第2図及び第3図にそれぞれ実施例1゜実施例
5及び実施例7で得られた7エリエライト型ゼオライト
のXi回折図を示す。
After completion, the resulting slurry was taken out, solid-liquid separated, thoroughly washed with water, and dried at 110°C. The crystallization conditions and results are shown in Table 3. The product was determined by X-ray diffraction pattern. (The powder x!1 diffractogram was measured using the alpha doublet for copper.) Figures 1, 2, and 3 show the results obtained in Example 1, Example 5, and Example 7, respectively. 7 shows a Xi diffraction diagram of elliierite type zeolite.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図 実施例1で得られた7エリエライト型ゼオライ
トの粉末X線回折図。 第2図 実施例5で得られたフェリエライト型ゼオライ
トの粉末X線回折図。 第3図 実施例7で得られたフェリニライト型ゼオラ・
rトの粉末X線回折図。 特許出願人 東洋曹達工業株式会社 手続補正書 昭和59年 2月21日 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1事件の表示 昭和58年特許願第 244798 号2発明の名称 フェリエライト型ゼオライトの製造法 6補正をする者 電話番号(585)3311 4補正命令の日付 自 発 5補正の対象 明細書 6補正の内容 明細書のタイプ印書 7添付書類 タイプ印書した明細書 1通
FIG. 1 Powder X-ray diffraction diagram of the 7-elierite type zeolite obtained in Example 1. FIG. 2 Powder X-ray diffraction diagram of the ferrierite-type zeolite obtained in Example 5. Figure 3 Felinyrite-type zeola obtained in Example 7
Powder X-ray diffraction diagram of rt. Patent Applicant: Toyo Soda Kogyo Co., Ltd. Procedural Amendment February 21, 1980 Commissioner of the Patent Office Kazuo Wakasugi 1 Description of the case 1982 Patent Application No. 244798 2 Name of the invention Process for producing ferrierite-type zeolite 6 Telephone number of the person making the amendment (585) 3311 4. Date of the amendment order. 5. Specification subject to the amendment. 6. Contents of the amendment. Type of statement. 7. Attached documents. Type of printed statement. 1 copy.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (11無水換算でアルミニウムをA]−203として3
〜14 wt%、アルカリ金属をA、O(AはNaおよ
び/またはK)として1〜17wt%含有する粒状無定
形アルミノ珪酸塩均一相化合物を結晶化してフェリエラ
イト型ゼオライトを製造するに際し、全反応混合物中の
全陽イオンに対するカリウムイオンのモル比(K◆/に
+−l−N a+ )が[11〜09となるように水ま
たは水酸化アルカリ金属水溶液(水酸化アルカリ金属は
NaOHおよび/またはKOH)と前記均一相化合物と
を混合し結晶化する事を特徴とする7エリエライト型ゼ
オライトの製造方法。 (2) 粒状無定形アルミノ珪酸塩均一相化合物をアル
カリ金属珪酸塩水溶液と含アルミニウム水溶液とを同時
にかつ連続的に反応させて得る特許請求の範囲第1項記
載の方法。 (3) ナトリウムイオンおよび/またはカリウムイオ
ンを含有する水溶液中でイオン交換した一粒形無定形ア
ルミノ珪酸塩均一相化合物である特許請求の範囲第1項
記載の方法。 (4)結晶化の温度が100〜300°にである特許請
求の範囲第1項記載の方法。
[Claims] (11 Aluminum in terms of anhydrous A]-203 is 3
When producing a ferrierite type zeolite by crystallizing a granular amorphous aluminosilicate homogeneous phase compound containing ~14 wt% and 1~17 wt% of alkali metals as A and O (A is Na and/or K), Water or an aqueous alkali metal hydroxide solution (the alkali metal hydroxide is NaOH and / or KOH) and the homogeneous phase compound and crystallizing the mixture. (2) The method according to claim 1, wherein the granular amorphous aluminosilicate homogeneous phase compound is obtained by simultaneously and continuously reacting an aqueous alkali metal silicate solution and an aqueous aluminum-containing solution. (3) The method according to claim 1, which is a single-grain amorphous aluminosilicate homogeneous phase compound ion-exchanged in an aqueous solution containing sodium ions and/or potassium ions. (4) The method according to claim 1, wherein the crystallization temperature is 100 to 300°.
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